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等离子体法构筑聚烯烃基复合抗菌包装膜材料及其性能多维评价

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代包装领域，聚烯烃基复合抗菌包装膜材料扮演着举足轻重的角色，尤其是在食品和医疗等对卫生和安全要求极高的行业。聚烯烃材料，如聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），因具备原料丰富、成本低廉、加工性能良好以及综合性能优异等特性，成为目前塑料薄膜制品中应用最为广泛、用量最大的类型。在食品包装方面，其能有效隔绝氧气、水汽等，延长食品保质期，保持食品的新鲜度和品质，减少食品浪费；在医疗包装领域，能为医疗器械提供可靠的防护，防止微生物污染，确保器械的无菌性和安全性。

然而，传统聚烯烃材料表面能低、润湿性差，这限制了其在某些领域的进一步应用，特别是在抗菌包装方面，难以直接与抗菌物质有效结合，无法充分发挥抗菌性能。同时，随着人们对食品安全和健康的关注度不断提高，对包装材料的抗菌性能提出了更高要求。开发高效的聚烯烃基复合抗菌包装膜材料迫在眉睫。

等离子体法作为一种新兴的材料表面改性技术，为聚烯烃基复合抗菌包装膜材料的制备提供了新的途径。等离子体是一种由电子、离子、自由基等组成的高度活化的气体状态，其能量可以与聚烯烃材料表面发生相互作用，引发一系列物理和化学变化。通过等离子体处理，能够在不改变聚烯烃材料本体性能的前提下，显著改善其表面性能，如增加表面粗糙度、引入极性基团，从而提高表面能和润湿性，增强与抗菌物质的结合能力。此外，等离子体法还具有处理时间短、效率高、环境友好等优势，无需使用大量化学试剂，减少了对环境的污染，符合可持续发展的理念。因此，研究等离子体法制备聚烯烃基复合抗菌包装膜材料，对于推动包装材料的技术创新，满足食品、医疗等行业对高性能包装材料的需求，具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

1.2国内外研究现状

国内外对于聚烯烃基复合抗菌包装膜材料的研究取得了一定进展，涵盖传统制备方法和等离子体法等多个方面。

在传统制备方法上，一方面是对聚烯烃材料进行改性。例如通过引入共聚单体的方式，在Unipol生产工艺中，PE系树脂加入α-烯烃（如1-丁烯、1-己烯等）共聚，PP系树脂加入乙烯或丁烯单体共聚，聚合时主链中无规则地引入其他烯烃链段使基体树脂规整性变差，在一定程度上降低结晶度，改善材料的某些性能，但对提高抗菌性能作用有限。另一方面是添加抗菌剂，常见的抗菌剂包括银系、铜系等无机抗菌剂，以及季铵盐类、有机酸类等有机抗菌剂。无机抗菌剂具有抗菌谱广、耐热性好等优点，但存在颜色稳定性差、易团聚等问题；有机抗菌剂抗菌活性高，但热稳定性和耐久性相对较弱。为了综合两者优势，复配抗菌剂的研究逐渐兴起，将无机和有机抗菌剂按一定比例混合使用，以实现更好的抗菌效果和性能平衡。

在复合抗菌包装材料的研究中，天然高分子材料如壳聚糖、纤维素等在复合包装膜材料中的应用研究也取得了进展。壳聚糖具有良好的抗菌性、生物相容性和可降解性，将其与聚烯烃复合，能赋予包装膜一定的抗菌性能。但壳聚糖与聚烯烃的相容性较差，需要通过合适的方法来改善两者的界面结合。在复合包装膜材料性能研究方面，主要关注膜的力学性能、阻隔性能、抗菌性能以及抗菌物质的释放性能等。研究发现，通过优化制备工艺和配方，可以在一定程度上提高膜的综合性能。例如，采用多层共挤技术制备的聚烯烃多层复合膜，通过设计不同的功能层，可有效阻隔水气、氧气等渗透，同时实现抗菌功能。

近年来，等离子体法在聚烯烃基复合抗菌包装膜材料制备中的应用研究逐渐成为热点。国外一些研究利用低温等离子体处理聚烯烃膜，通过接触角测量、XPS和SEM等手段，探讨不同等离子体（如Ar、O?、N?及Ar/O?混合气体等）对聚烯烃膜的表面改性及刻蚀作用，发现不同的等离子体处理对聚烯烃样品的亲水性提高程度不同，其中以Ar/O?混合气体等离子处理的聚乙烯样品亲水性提高最大。国内也有相关研究采用等离子体离子注入法等方法，改善聚烯烃底膜和生物高分子之间的粘附性，以制备多层抗菌包装膜。但目前等离子体法在实际应用中仍面临一些问题，如处理设备成本较高、工艺参数复杂且难以精确控制等，限制了其大规模工业化生产。

1.3研究内容与创新点

本研究旨在深入探究等离子体法制备聚烯烃基复合抗菌包装膜材料的工艺及性能，具体研究内容包括以下几个方面：

等离子体法制备工艺研究：系统研究不同等离子体处理参数（如放电气体种类、压强、功率、时间等）对聚烯烃膜表面改性的影响，通过扫描电镜分析（SEM）、X射线光电子能谱分析（XPS）、INCA能谱分析（EDS）、原子力显微镜分析（AFM）等手段，表征聚烯烃膜表面元素及含量、微观形貌、粗糙度等的变化，优化等离子体处理工艺，以获得最佳的表面改性效果，提高聚烯烃膜与抗菌物质的结合能力。

聚烯烃基复合抗菌膜的性能评价：以优